《電子技術(shù)應(yīng)用》
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加熱爐網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的最少拍響應(yīng)控制策略
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2012年第4期
黃曉爍, 蔣靜坪
浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院, 浙江 杭州 310027
摘要： 研究加熱爐網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的最少拍響應(yīng)控制策略。推導(dǎo)了加熱爐網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的頻域和離散型狀態(tài)方程的數(shù)學(xué)模型,并采用時(shí)間戳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),對不確定、時(shí)變的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸延時(shí)進(jìn)行預(yù)測。重點(diǎn)研究了具有最少拍響應(yīng)的數(shù)字控制器設(shè)計(jì)方法,導(dǎo)出了數(shù)字控制器控制算法。仿真結(jié)果表明,提出的控制算法實(shí)現(xiàn)了加熱爐精確的溫度控制,無穩(wěn)態(tài)偏差,并具有良好的動、靜態(tài)特性。
中圖分類號： TP13
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2012)04-0070-03
Network based dead-beat response control strategy of the heating stove control systems
Huang Xiaoshuo, Jiang Jingping
College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
Abstract： Network with random time delay based dead-beat response control strategy of the heating stove control system has been studied in this paper. At first, the mathematical models of the network based heating stove control system both in frequency domain and discrete state equation have been established, then, using time-stamped BP neural network method to predict the delay time of network is presented. This is followed the digital controller with dead-beat response design method has been given. The control algorithms of the digital controller are derived. Simulation results are illustrated that the accurete temperature control without steady-state error can be achieved the system has excellent dynamic and static performance.
Key words : networked control; random time delay; heating stove; dead-beat response

    加熱爐網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是指加熱爐經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)形成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):它能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的控制與監(jiān)視；可利用互聯(lián)網(wǎng)上豐富的信息資源,能增強(qiáng)控制系統(tǒng)的功能；特別是,隨著各種移動通信網(wǎng)接入到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)后,能實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的特殊功能。此外,還能簡化控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),降低成本,靈活性好,適應(yīng)性強(qiáng)。因此,網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已成為當(dāng)今控制系統(tǒng)發(fā)展的新方向。

　 雖然網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)存在著種種的優(yōu)越性,但也存在明顯的不足。主要缺點(diǎn)是：由于網(wǎng)絡(luò)的分時(shí)、復(fù)用、且?guī)捰邢?網(wǎng)絡(luò)中信息的傳輸會產(chǎn)生延時(shí),而且延時(shí)的長短與網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議、傳輸量、傳輸距離和傳輸時(shí)間等諸多因素有關(guān),具有明顯的不確定性、時(shí)變性和隨機(jī)性,不僅給控制系統(tǒng)的建模、控制、優(yōu)化帶來了很大的困難,而且會影響控制系統(tǒng)的運(yùn)行性能[1-2]。本文針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)存在的不足,為使加熱爐爐溫得到精確快速的控制,著重研究幾個(gè)方面：
    (1)采用時(shí)間戳BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對不確定、時(shí)變的延時(shí)進(jìn)行在線、實(shí)時(shí)的預(yù)測；使不確定系統(tǒng)變換成確定性系統(tǒng)來處理；
    (2)采用預(yù)測的延時(shí)值,建立了加熱爐網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的頻域和離散狀態(tài)方程數(shù)學(xué)模型；
    (3)為了加快具有大熱慣性加熱爐的溫度動態(tài)響應(yīng),采用無穩(wěn)態(tài)誤差、快速響應(yīng)的最少拍數(shù)字控制策略,給出了控制器的設(shè)計(jì)方法；最后,給出仿真結(jié)果,驗(yàn)證了提出控制算法的有效性。

    

3 仿真研究
3.1 被試加熱爐的技術(shù)數(shù)據(jù)

 


    被試加熱爐型號:SX2-4-10；時(shí)間常數(shù):Th=300 s；延時(shí)時(shí)間:90 s；系統(tǒng)放大倍數(shù):K=7.5。
3.2 仿真結(jié)果及結(jié)論
    仿真結(jié)果如圖3所示。

    在圖3中,曲線1、2分別表示采樣周期為60 s與120 s時(shí)的單位階躍響應(yīng)特性。由圖可見，系統(tǒng)具有最少拍響應(yīng)特性,即系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為零，過渡過程時(shí)間最短，系統(tǒng)輸出僅滯后輸入信號一個(gè)采樣周期。并且，當(dāng)采樣周期縮短時(shí),系統(tǒng)過渡過程時(shí)間也相應(yīng)減少。但必須指出，當(dāng)采樣周期縮短到一定值時(shí),由于系統(tǒng)的輸入信號幅值有限(系統(tǒng)的能量有限),系統(tǒng)輸出不能服從最少拍響應(yīng)規(guī)律。
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